醫(yī)用超聲成像供電技術(shù)
醫(yī)用超聲成像能夠用于顯現(xiàn)內(nèi)臟,它無須像內(nèi)視鏡、X線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)或X射線成像等一些其他成像系統(tǒng)那樣穿透皮膚或給人體帶來輻射。此外,超聲成像要比非侵入式的核磁共振成像(MRI)的成本更低且更易于移動。超聲技術(shù)使用的增長將是未來數(shù)年內(nèi)的重要趨勢。
超聲系統(tǒng)(見圖)通常包含若干關(guān)鍵基本模塊,后者會增加供電需求。超聲探針包含了多達(dá)數(shù)百個(gè)壓電換能器。這些壓電換能器能夠?qū)⑤敵龅碾娦盘栟D(zhuǎn)換為聲波,或者將輸入的聲波轉(zhuǎn)換成電信號。
為了產(chǎn)生將輸入給換能器的電信號,需要用到發(fā)射波束形成裝置。發(fā)射波束形成器通常由FPGA或DSP實(shí)現(xiàn)的。發(fā)射波束形成器產(chǎn)生電脈沖,后者經(jīng)過定時(shí)和調(diào)整,照射到人體內(nèi)的特定部位。
圖 超聲系統(tǒng)的重要部件
這些來自發(fā)射波束形成器的電信號經(jīng)過高壓脈沖發(fā)生器或高壓D/A轉(zhuǎn)換器(DAC),所產(chǎn)生的能量用于激發(fā)換能器元件。在脈沖發(fā)生器或DAC之間有一個(gè)發(fā)送/接收開關(guān)。在發(fā)送期間,它確保低電壓接收電路免受高壓損壞,這是因?yàn)榻邮栈芈芬残枰B接到換能器。
壓電換能器元件將這些電信號轉(zhuǎn)換成能穿透人體的聲波信號。這些聲波信號在各種內(nèi)臟邊緣會被反射,并返回?fù)Q能器。
這些返回的聲波一經(jīng)過換能器,就轉(zhuǎn)化為電信號。這些較低電壓的接收信號需要進(jìn)行放大、濾波并轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式,從而生成圖像。得益于半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展,所有這些工作都可以在一個(gè)器件內(nèi)完成:模擬前端(AFE)。
數(shù)字輸出將加載到接收波束形成器,后者將對數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。在圖像完成重建之后,便可以對其進(jìn)行一些視頻后處理并形成一種可輸出給顯示器的格式,以便技術(shù)人員查看結(jié)果。
負(fù)載點(diǎn)電源
超聲成像系統(tǒng)需要考慮提供多種電源電壓,在設(shè)計(jì)階段早些了解電源需求可以節(jié)省構(gòu)建電源架構(gòu)的時(shí)間。在確定系統(tǒng)總線電壓時(shí),最好知道所需要的最高電壓。超聲發(fā)送脈沖發(fā)生器可能需要系統(tǒng)中的最高電壓,它需要數(shù)安培的電流來驅(qū)動換能器。
12V是最受歡迎的一種中級總線電壓選擇。可能需要實(shí)施另一套電源來生成更高的正向和負(fù)向電壓,以便為脈沖發(fā)生器供電。如果超聲具有備用電池特性,可能就需要更高的電壓為鉛酸或串/并聯(lián)鋰離子(Li離子)電池充電,那么28~30V的中級總線電壓就是一種很好的選擇。
市面上有許多易于使用的DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓器能夠接受這種電壓作為輸入,并為顯示器、數(shù)字處理器和模擬電路提供負(fù)載點(diǎn)(POL)電源。此外,超聲成像系統(tǒng)可能非常容易受噪聲干擾,因?yàn)樗哂忻舾械母呔饶M電路,并需要清晰的顯示圖像。帶有頻率同步功能的Dc/dc開關(guān)穩(wěn)壓器可以由主時(shí)鐘頻率驅(qū)動,以消除那些可能會干擾模擬和視頻信號的拍頻。
處理器電源
超聲成像系統(tǒng)結(jié)合使用FPGA,DSP和微控制器來實(shí)現(xiàn)波束形成發(fā)送和接收功能,多普勒處理以及圖形處理。為處理器供電是簡單的。
但是,高性能處理器的供電必須考慮一些重要的因素。處理器廠商可能會指定最小和最大的電壓斜升時(shí)間,而許多DC/DC穩(wěn)壓器都提供了可調(diào)節(jié)軟啟動引腳,以便編程實(shí)現(xiàn)電壓斜升時(shí)間。如果沒有可用的軟啟動引腳,請選擇帶有合適的預(yù)設(shè)軟啟動時(shí)間的DC/DC穩(wěn)壓器。
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